I. Les sources de rayonnement

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1 CHAPITRE N 1 PARTIE A RAYONNEMENTS DANS L UNIVERS TS I. Les sources de rayonnement 1. Qu est ce qu un rayonnement? En physique un rayonnement désigne la propagation d énergie émise par une source Dans l univers, on distingue le rayonnement de particules, lorsque le déplacement d énergie s accompagne d un déplacement de matière, et le rayonnement électromagnétique lorsque l énergie se déplace seule. 2. Sources de rayonnement de particules L univers est parcouru par des noyaux ou des particules élémentaires (protons, électrons, neutrons, neutrinos ) se déplaçant à grande vitesse, c est le rayonnement cosmique Les sources de rayonnements de particules sont diverses et font l objet de nombreuses études. A l heure actuelle, les physiciens pensent qu une partie de ces rayonnements ont pour origine les supernovas, explosions d étoiles très massives en fin de vie. Ces particules subiraient ensuite différentes modifications au cours de leur voyage dans l univers. 3. Sources de rayonnement électromagnétique Lorsque les particules émises sont des photons, on parle de rayonnement électromagnétique. Selon la quantité d énergie qui se propage, et donc la longueur d onde, le rayonnement électromagnétique est divisé en différentes catégorie : 1

2 La lumière visible correspond aux rayonnements auxquels l œil humain est sensible. Les rayonnements de plus grande énergie sont nommés gamma (γ), X et ultraviolet (UV). Les rayonnements de plus faible énergie sont nommés Infrarouge (IR), micro-onde et ondes radios Le spectre électromagnétique regroupe, en fonction de leur énergie transportée, les différentes catégories de rayonnement électromagnétique. (Voir schéma ci-dessus) II. Détecter un rayonnement 1. Collecter, concentrer et détecter les rayonnements Quelque soit le domaine du spectre électromagnétique observé, tous les instruments d observation reposent sur un même principe : Les dispositifs d étude des rayonnements comportent une surface réceptrice qui intercepte les rayonnements pour les concentrer et les diriger vers un détecteur spécifique. Le détecteur transforme les rayonnements reçus en une grandeur physique mesurable La grandeur physique délivrée par les détecteurs est généralement un courant électrique. Son acquisition est son traitement électronique permettent aux scientifiques d enregistrer et d exploiter les informations récoltées. 2

3 2. Détecteur de rayonnement de particules La détection de particules peut s effectuer en étudiant les effets de leurs interactions avec d autres particules. Les premiers détecteurs de particules permettaient de visualiser leur trajectoire. Les caractéristiques de ces trajectoires fournissaient des infirmations sur la charge et la masse des particules Exemple : dans une cambre à brouillard, une particule chargée provoque la condensation de vapeur en minuscule goutte d eau. Ce chapelet de goutte matérialise la trajectoire de la particule 3. Détecteur de rayonnement électromagnétique La rétine de l œil est un détecteur naturel, capable de transformer les rayonnements qu il capte en signaux électrique transmis au cerveau. Une antenne est un détecteur d onde hertzienne Les détecteurs électroniques sont des détecteurs artificiels, qui exploitent la propriété qu ont certains atomes à libérer les électrons lorsqu ils sont soumis à des rayonnements. Les électrons libérés produisent alors un courant électrique mesurable Les détecteurs artificiels exploitent l effet photo électrique, c'est-à-dire la libération d électron par certain matériaux exposés à un rayonnement. A chaque type de détecteur de rayonnement est associée une sensibilité spectrale, qui identifie le domaine du spectre électromagnétique sur lequel il sera particulièrement adapté. III. Contrainte d observation des rayonnements Pour pouvoir observer, il est indispensable que les rayonnements atteignent le détecteur : ils ne doivent donc être ni absorber, ni dévié. 4. Interaction entre rayonnement et matière Le rayonnement électromagnétique se propage sans support matériel, mais peut rencontrer de la matière. Lors d interaction matière/rayonnement, l énergie transportée par le rayonnement peut être absorbée par la matière : ce phénomène est appelée absorption du rayonnement 3

4 Si toute l énergie transportée par le rayonnement est absorbée, la matière rencontrée est dite opaque. A l inverse, la matière est dite transparente si elle n absorbe pas la totalité de l énergie transportée par le rayonnement. 5. Les fenêtres atmosphériques L atmosphère terrestre est le nom de l enveloppe gazeuse, composée de diverses substances chimiques, qui entoure notre planète Avant d atteindre la surface de la terre, les rayonnements de l univers entrent en interaction avec ces substances. Les rayonnements X et UV vont être absorbés par les substances à bas d azote et d oxygène Les rayonnements de longueur d ondes comprises entre1µm et 1cm sont presque totalement absorbés par la vapeur d eau et le dioxyde de carbone de l atmosphère Les rayonnements de grande longueur d onde sont absorbés par les espèces chimiques ionisées de la haute atmosphère Les rayonnements capables de traverser l atmosphère terrestre sans être absorbés appartiennent principalement aux domaines visibles et radio Pour ces domaines de rayonnement, l atmosphère est dite transparente. On parle de la fenêtre visible et de la fenêtre radio 4

5 Il faut être capable de comprendre des graphiques du genre : Sur lequel est représenté l opacité de l atmosphère terrestre en fonction de la longueur d onde du rayonnement. On voit aisément que l atmosphère ne laisse quasiment pas passer les rayonnements gamma, X et UV, nous sommes Ainsi obligés d envoyer des télescopes en orbite au-dessus de l atmosphère terrestre pour observer les sources spatiales de tels rayonnements. Au niveau du visible et du proche infrarouge, on peut faire les observations de la terre. Par contre, ça se gâte franchement du côté de l infrarouge et là encore, on utilise des télescopes spatiaux. Pour les micro-ondes et les ondes radio, pas de souci, on peut faire les observations de la surface du globe. Seul problème récurent en astronomie- la pollution liée aux installations humaines. Ainsi, les radiotélescopes sont installés dans le désert loin de l activité humaine pour ne pas être parasités. Enfin, les ondes radio de grandes longueurs d onde sont bloquées (c est d ailleurs ce qu on utilise en radio pour propager des ondes tout autour du globe, c est comme ça qu on peut écouter radio pékin à paris avec le poste radio de papy). 6. l astronomie spatiale Afin d observer l univers dans sa globalité, il est nécessaire de capter tous les rayonnements, y compris ceux qui sont absorbés par l atmosphère terrestre à cette effet il faut donc utiliser des dispositifs d observation positionnés au dessus des couches absorbante de l atmosphère. Les instruments d observation ont donc d abord été embarqués sur des avions ou des ballons sondes, avant d être installé sur des satellites artificiels positionnés en orbite autour de la terre. Ils constituent des observatoires entièrement automatisés pouvant fonctionner pendant de longues périodes. L avènement de l astronomie spatiale a permis de dépasser les limites imposées par l atmosphère terrestre et d ouvrir de nouvelles «fenêtre» sur les objets de l univers 5

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